1. Esquema Unifilar de una Subestación

3. Cálculo de Corriente de Cortocircuito

Datos:

• Tensión nominal: 220 kV
• Impedancia de acometida: 0.1 + j0.7 Ω
• Impedancia de línea: 0.2 + j0.9 Ω

Caso 1

Caso 2

Comprobación:

Z paralelo = (0.3 + 1.6i) / 3 = 0.1 + 0.533j Ω

4. Puesta a Tierra de Subestaciones

a) Conexión a la Puesta a Tierra

Se conecta toda estructura metálica conductora que pueda ser tocada por una persona, con el fin de asegurar la equipotencialidad.

b) Definición de Tensión de Paso Aplicada

Es la tensión que resulta directamente aplicada entre los pies de una persona, teniendo en cuenta todas las resistencias que intervienen en el circuito y estimándose la resistencia del cuerpo humano en 1000 Ω.

c) Tensión de Malla y Zonas Peligrosas

Para una malla sin picas de 20×20 m con conductores separados 5 m:

• Pararrayos: Limita las sobretensiones descargando las corrientes y protegiendo el equipo.
• Transformador de tensión (TT): Medida y protección.
• Seccionador: Asegura en condición abierta una distancia de aislamiento que satisface las condiciones especificadas.
• Transformador de corriente (TC): Medida y protección.
• Interruptor: Aparato con poder de corte destinado a efectuar la apertura y cierre del circuito.
• Barra: Conductor de baja impedancia para la conexión de circuitos.
• Transformador de potencia (TP): Transformación de potencia a distintos niveles.

6. Corriente Mínima de Apantallamiento

Datos:

• Altura del embarrado (y): 7 m
• Separación entre barras: 2.5 m
• Distancia del cable de tierra al embarrado (a): 3 m
• Altura del cable de tierra (h): 11 m

7. Selección de Aisladores y Tipos

Selección

• Eléctrica: Se calcula la línea de fuga a partir del nivel de contaminación (mm/kV) y la tensión nominal. Se busca un aislador que la cumpla.
• Mecánica: Deben soportar la fuerza mecánica y los momentos flectores.

Tipos

• Rígido: Soporta de manera rígida un conductor y está sometido a esfuerzos de tracción o compresión.
• Caperuza y vástago: Cuerpo aislante con forma de disco o campana y dispositivos de fijación axial.

8. Diferencia entre Subestación y Centro de Transformación

Una subestación es un conjunto de aparamenta eléctrica para transformación de tensión, frecuencia, número de fases, rectificación, compensación de factor de potencia, o conexión de circuitos. Un centro de transformación consta de uno o más transformadores reductores con aparamenta y complementos. Una subestación no incluye un centro de transformación.

9. Protección de Embarrido en Cortocircuitos

• Protección amperimétrica a máxima corriente de fase (50/51)
• Protección amperimétrica a máxima corriente a tierra (64)
• Protección amperimétrica a margen térmico (49)
• Protección voltimétrica de máxima tensión completa (59)
• Protección diferencial: compara las intensidades de entrada y salida para detectar fallos.

10. Altura Mínima de Postes

Datos:

• Tensión nominal: 132 kV
• Altura del interruptor: 8 m
• Nivel de aislamiento: 750 kV (impulso rayo)
• Longitud del vano: 10 m
• Peso del conductor: 107.8 kg/km
• Tensión máxima: 30 kN
• Dv (132 kV): 3000 mm
• Distancia punta-estructura (750 kV): 1500 mm

Cálculo:

Altura del poste (Lposte) = 8 + 4.4 * 10^-4 + 3 = 11 m

11. Verificación del Tubo y Fuerzas en los Aisladores

Datos:

• Corriente inicial simétrica de cortocircuito trifásico (Ik»): 50 kA
• Factor de cresta (k): 1.81
• Número de vanos: 2
• Distancia entre soportes (L): 18 m
• Distancia entre ejes conductores (a): 5 m
• Altura del aislador: 3.7 m
• Altura del soporte: 7 m
• Conductor: AlMgSi0.5 de 160 mm x 6 mm
• Masa por unidad de longitud: 7.84 kg/m
• Módulo de Young: 70000 N/mm²
• Tensión mecánica límite elástico: 160 N/mm² a 240 N/mm²

Cálculos:

Corriente de cresta (ip) = √2 * k * Ik» = √2 * 1.81 * 50 = 127.98 kA

Tensión de Flexión

155.32 N/mm² < El tubo cumple

Fuerza en los Soportes

Soportes externos A (FdA) = 1.24 * 0.375 * 10.21 = 4.75 kN

Soportes externos B (FdB) = 1.24 * 1.25 * 10.21 = 15.83 kN

Momentos Flectores

Altura aislador (3.7 m): μ = FdA * 3.7 = 17.5 kNm

Altura soporte (7 m): μ = FdA * 7 = 33.2 kNm

Altura aislador (3.7 m): μ = FdB * 3.7 = 58.5 kNm

Altura soporte (7 m): μ = FdB * 7 = 110.6 kNm

Preguntas Adicionales

1. Tensión Nominal y Tensión Más Elevada para el Material

La tensión nominal del sistema es el valor de tensión con el cual se denomina el sistema y al cual se refieren sus características. La tensión nominal para el material es la tensión más elevada asignada por el fabricante. La tensión más elevada para el material (Um) es el valor máximo de tensión entre fases para el que el material está especificado en cuanto a su aislamiento.

2. Protección en caso de Cortocircuito en un Embarrido

Se utiliza protección diferencial, que compara las intensidades de entrada y salida de una zona para detectar fallos.

3. Tensión de Servicio y Tensión Soportada

La tensión de servicio es el valor de tensión existente en un punto de la instalación en un momento dado. La tensión soportada es la tensión que un aislamiento debe soportar sin perforación ni contorneamiento en condiciones de ensayo.

4. Barra y Juego de Barras

Una barra es un conductor de baja impedancia al que se conectan varios circuitos. Un juego de barras es el conjunto de barras para la conexión entre varios circuitos en una subestación.

5. Distancia entre Fases y Distancia de Seccionamiento

La distancia entre fases es la distancia mínima entre dos conductores de fases adyacentes. La distancia de seccionamiento es la distancia de aislamiento entre contactos abiertos que cumple con las normas de seguridad.

6. Funciones de las Subestaciones

Las subestaciones pueden realizar funciones de producción, conversión, transformación, regulación, distribución, utilización, transporte o repartición de energía eléctrica.

7. Utilidad de una Subestación

Una subestación sirve para: transformar a baja tensión, interconectar líneas de alta tensión, como función de transformación, e instalación para evacuación de energía de centrales de generación.

8. Subestaciones Exteriores

Las subestaciones cuyos elementos están condicionados por las condiciones ambientales son las subestaciones exteriores.

9. Subestaciones de Acople por Barras

Si los equipos que maniobran las líneas están dispuestos sobre las líneas, se trata de subestaciones de acople por barras.

10. Flexibilidad del Esquema Unifilar

La flexibilidad del esquema unifilar permite acomodarse a las diferentes condiciones de funcionamiento.

11. Seguridad del Esquema Unifilar

La seguridad del esquema unifilar permite operar de manera que se evite riesgo para las personas.

12. Modularidad del Esquema Unifilar

La modularidad del esquema unifilar permite cambiar de configuración según las necesidades de la red.

13. Posición o Módulo de una Subestación

Es la parte de una subestación que contiene la aparamenta de un circuito dado.

14. Puesta a Tierra en Subestaciones

Se calcula la sección de los conductores de puesta a tierra a partir de la corriente de cortocircuito monofásica a tierra, la resistividad del terreno y otros factores. Se elige la sección normalizada inmediatamente superior y se comprueba que la densidad de corriente sea inferior a 160 A/mm².

15. Cálculo de la Corriente de Cortocircuito

16. Seccionador

Es un equipo que se utiliza para aislar o efectuar un cortocircuito visible entre los elementos de la instalación. Permite varias formas de conexión entre líneas y barras, dando flexibilidad al esquema de la subestación.